豬日糧中的非抗生素飼料添加劑（一）

Liu Y, C.D.Espinosa, J.J.Abelilla, G.A.Casas,L.V.Lagos, S.A.Lee, W.B.Kwon, J.K.Mathai,D.M.D.L.Navarro, N.W.Jaworski, H.H.Stein

（1.加州大學戴維斯分校，動物科技學院；2.伊利諾伊大學，動物科技學院；3.創荷美營養國際，博克斯梅爾，荷蘭）

養豬生產中不使用藥物將會使發病率提高，生產性能受損，并且在斷奶期尤為明顯，而在生長育肥豬日糧中可移除抗生素而不引發任何疾病問題。由于養豬生產中不使用抗生素有一系列困難，因此飼料中不使用抗生素需要與不同的管理方案相結合。這項方案包括管理方案、營養方案和可替代日糧補充物。每個階段中都曾提出不同的方法，但這些方法的共同點是提高豬只抵抗病原菌定植在腸道的能力。這可以通過提高對病原菌的免疫應答或通過防止病原菌黏附于腸黏膜組織來實現，從而減少病原體的損害影響。本文對部分添加劑改善日糧中移除抗生素促生長因子帶來的負面影響進行了綜述。

1　酸化劑

酸化劑常用于替代抗生素促生長因子，其可為有益微生物創造有利腸道的環境，從而提高營養物質消化率、生長性能，并降低腹瀉。日糧中的酸化劑可分為有機酸、無機酸或酸鹽（Papatsiros和 Billinis，2012；Partanen和 Mroz，1999）。各種有機酸混合物、有機酸和無機酸的混合物等可使豬日糧中酸化劑的影響最大化（Kuang等，2015；Ahmed等，2014；Zentek等，2013）。目前，日糧中酸化劑的精確作用機制為可降低或穩定胃的pH，提高胃蛋白酶活性；調整并改變腸道微生物菌群，抑制病原菌活性；提高腸道中營養物質消化率，增加營養物質沉積（Papatsiros和Billinis，2012；Kil等，2011）。但更精確的作用機理還需要進一步研究。

1.1有機酸最常用的有機酸為甲酸、富馬酸和檸檬酸，日糧中添加有機酸可以降低胃內pH（Radcliffe等，1998；Eidelsburger等，1992b）。甲酸及其鹽類對蛋白質的表觀全腸道消化率有正面影響（Eckel等，1992），但對回腸氨基酸消化率無影響（Gabert 等，1995），也有研究表明日糧酸化劑可以降低回腸氨基酸消化率（Gabert和Sauer，1995）。然而，日糧中添加檸檬酸對母豬蛋白、鈣和磷的消化率有正面影響（Liu等，2014）。但有研究發現不同的結果（Kil 等，2011；Blank等，1999），可能是由于蛋白源和酸的添加水平不同。

近來，研究表明有機酸和中鏈脂肪酸相結合比僅飼喂酸或脂肪酸的抗菌活性更強（Zentek等，2013），有機酸和中鏈脂肪酸酸相結合對營養物質消化率和生長性能均有正面影響。Kuang等（2015）也報道其對營養消化率和生長性能有促進作用。

1.2無機酸日糧中常用的無機酸包括鹽酸、硫酸和磷酸。研究表明，日糧中補充磷酸和鹽酸有著正面回應（Mahan等，1996），但也有人報道補充鹽酸缺乏積極回應（Eidelsburger等，1992a；Roth等，1992b；Kil等，2011、2006）。日糧中補充硫酸對生長性能有著負面影響（Eidelsburger等，1992b；Mahan等，1996）。

1.3酸鹽酸鹽也被用來作為豬用酸化劑，這些酸鹽包括甲酸鈣、二甲酸鉀、二甲酸鈉和延胡索酸鈉。研究表明，甲酸鈣對生長性能和腹瀉率有著積極影響（Bosi等，2007），但甲酸鈣較二甲酸鉀效果差（Li等，2008a）。由于 H+-K+-ATPase和胃分泌酸粘膜中胃泌酸受體的mRNA表達量的增加，二甲酸鉀可能導致胃中鹽酸和乳酸濃度更高（Xia等，2016）。另外，研究表明，日糧中補充二甲酸鈉和延胡索酸鈉對其干物質和蛋白質消化率有積極影響（Eidelsburger等，1992b）。

1.4混合酸檸檬酸和山梨酸的混合物會提高豬的生長性能（Grilli等，2010），混合有機酸和無機酸可增加糞便中的乳酸菌數量和減少大腸桿菌的數量，但是不能提高豬的生長性能（Ahmed等，2014）。Upadhaya等（2016、2014）也報道飼喂混合酸化劑豬的糞便中的乳酸菌數量增加，熱應激豬只的腹瀉率降低（Wang等，2016）。

總之，目前飼料中使用大量的酸化劑得到的效果并不都是正面的。因此，需要進一步的研究去闡明酸化劑的作用模式，確定在哪些條件下能夠獲得期望的積極回應。

2　礦物質

礦物質是豬只維持生長和繁殖所需的無機元素。飼料中礦物質添加量大于100 mg/kg的稱為大量元素，而小于這個數量的礦物質稱為微量元素或稀有元素。微量元素如銅和鋅是豬維持正常的身體機能所需要的，并且其具有抗菌特性，因此它們經常被添加到日糧中，添加量高于其滿足營養需求的量。

2.1鋅鋅是多種金屬酶的組分和活化劑，在激素的產生和分泌中有著主要功能。其在皮膚和傷口愈合以及免疫系統的完整性中也起著作用（McDowell，1992）。保育豬通常要求添加80～ 100 mg/kg的 鋅（NRC，2012；van Heugten等，2003），斷奶仔豬日糧中鋅的缺乏會導致生長遲緩、食欲不振、骨骼異常和皮膚角化過度。然而，在藥理水平上，無機鋅以氧化鋅的形式添加2000～4000 mg/kg，用于減少斷奶后腹瀉和提高生長性能是一種常見的推薦量（Hill等，2000；Poulsen，1998；Smith等，1997）。在高水平鋅的刺激下，可提高14%～17%的采食量（Case和Carlson，2002；Hahn和 Baker，1993）。除了氧化鋅，也有其他形式的鋅，它們在日糧中含量較低。這些形式包括螯合鋅如蛋氨酸鋅，其生物利用度高于氧化鋅（Ward等，1996），保育料中添加250 mg/kg的蛋氨酸鋅與添加2000 mg/kg的氧化鋅有著相同的功效（Mavromichalis等，2001）。在提高生長性能上鋅的生物學機制可能與其在斷奶仔豬中的腸道完整性與形態學的功能上有關（Pearce，2015）。補充高水平的鋅會導致隱窩更深和十二指腸的厚度更大（Carlson 1998）、使受傷的腸道上皮細胞再生（Alam等，1994）、微生物群落的穩定和大腸桿菌的多樣（Katouli等，1999）、斷奶仔豬腸道通透性的減少（Zhang和Guo，2009）和淋巴細胞增殖（van Heugten，2003）。

2.2銅銅是多種金屬酶包括細胞色素氧化酶和賴氨酰氧化酶的重要組成部分，并參與氧化還原反應、氧氣和電子的運輸和氧化應激的預防（Hill，2013）。銅也參與代謝反應，包括細胞呼吸、組織色素沉著、血紅蛋白形成和結蹄組織的發展（McDowell，1992）。新生仔豬通常要求5～6 mg/kg的銅用于正常代謝（NRC 2012），但隨著豬的成長，對銅的需求會降低。但銅的缺乏會使仔豬會產生關鍵性的功能紊亂和低銅血病（Suttle，2010）。小紅細胞性貧血是缺乏銅的一個癥狀，另外，銅在血紅蛋白的形成和發展中的作用。由于日糧中銅的缺乏，豬可能患有骨骼畸形和腿有著不同程度的彎曲（Baxter等，1953）。為了提高生長性能，豬日糧中按照藥理水平添加銅已經是常見做法（Ma等，2015）。斷奶仔豬日糧中補充100～250 mg/kg的銅可減少斷奶后應激和提高日增重與日采食量（Perez等，2011；Rutkowska-Pejsak等，1998；Poulsen 1995）。在大多數情況下，以硫酸鹽的形式額外添加銅，盡管如此，其他形式的銅也可以被使用。已報道堿式氯化銅與硫酸銅在提高豬只的生長速度和飼料利用效率上一樣有效（Cromwell等，1998）。使用堿式氯化銅來替代硫酸銅也能提高肉雞中磷的利用（Banks等，2004），這可能是因為堿式氯化銅導致了對微生物植酸酶更少的抑制（Pang和Applegate，2006）。也發現堿式氯化銅在預混料中有著較少的攻擊性，因此可減少在維生素礦物質預混料的儲存期間維生素、植酸酶和益生菌的破壞。螯合銅如檸檬酸銅在豬日糧中也可以被使用，因為檸檬酸銅中銅的可用性比在硫酸銅中更高，日糧中更低濃度的檸檬酸銅就可導致銅排泄的降低（Armstrong等，2004）。

日糧中銅對生長的促進作用歸因于其的抑菌和殺菌特性，因為銅可以減少腸道細菌的數量，這會影響盲腸和結腸中微生物的生長和群落結構（Hojberg等，2005）。據推測由于銅的補充，日采食量得到提高，這是因為銅在上調神經肽Y的mRNA表達中的作用（Li等，2008b）。銅也可以改變細菌蛋白質的三維結構，這會阻止細菌實現它們正常的功能。銅通過綁定到硫上或蛋白質中的羧基或氨基上，也會破壞酶的結構和細菌的功能。在斷奶仔豬日糧中按照藥理水平添加銅也可以增加絨毛高度和減少隱窩深度，從而改善腸道健康（Zhao等，2007）。

2.3銅和鋅的加和效應研究表明，分別單獨添加藥理水平的銅和鋅可顯現出有益效果，另外一些試驗正在研究共同添加藥理水平的銅和鋅所產生的效果。然而，有些試驗結果表明這兩種礦物質產生的效果并沒有加和性（Hill等，2000），但另外一些結果發現存在一些加和性（Perez等，2011a）。據報道稱氧化鋅可改變結腸的菌群，而銅除了改變菌群之外還會降低回腸和結腸中微生物的多樣性，這可能就是這兩種礦物質具有加和效應的原因（Namkung等，2006）。

3　益生元

腸道菌群的組成在豬的健康和增加腸道中雙歧桿菌屬、乳酸桿菌屬和真菌屬菌群數量進而促進動物健康和降低致病風險方面扮演重要角色（van der Aar等，2016；Roberfroid等，2010）。這些細菌的生長增加了乳酸和乙酸的濃度從而降低了腸道內 pH，隨后的短鏈脂肪酸（SCFA）濃度的增加和病原菌濃度的降低均可促進發酵過程（Smiricky-Tjardes等，2003）。

益生元主要是難消化的低聚糖，且已被定義為“能夠選擇性促進結腸中一種或有限幾種細菌的生長和（或）活性從而改善宿主健康的非消化性食物成分”（Gibson和 Roberfroid，1995）。不可消化的碳水化合物是腸道菌群的主要底物，然而并不是所有的難消化碳水化合物都可以影響菌群，因此只有一小部分不易消化的碳水化合物可以作為益生元。

菊粉、低聚糖、反式半乳低聚糖和乳果糖是最常見的幾種被確認為益生元的碳水化合物，這是因為這些碳水化合物是容易發酵的，因此會導致腸腔 pH的降低（de Lange等，2010）。然而，日糧中其他的碳水化合物如阿拉伯木聚糖、木葡聚糖和抗性淀粉也可能具有益生元效果（Back-Knudsen等，2012）。益生元還可以通過水解或酶解多糖或用雙糖進行化學合成等化學處理法得到。大多數益生元是合成的或從植物和海藻多糖中分離出來的（Smiricky-Tjardes等，2003；Saad等，2013）。

豬料中益生元的有益效果和發酵作用的增強有關，這是因為短鏈脂肪酸的合成導致了腸道pH的降低。短鏈脂肪酸濃度的增加也會降低腸道內蛋白質的發酵（Lindberg，2014；Roberfroid等，2010；Awati等，2006）丁酸調節上皮細胞生長和誘導小腸分化與凋亡（Van der Aar，2016；Lindberg，2014）。斷奶仔豬日糧中添加100 mg/kg或 200 mg/kg的果寡糖（一種殼聚糖的衍生物）可改善生長性能、提高日糧營養物質的消化率、降低腹瀉率和改善小腸形態（Liu等，2008）。

研究表明乳果糖益生元可產生更高濃度的 IgM與IgA，能夠提高鼠傷寒沙門菌的免疫力（Naquid等，2015）。同樣的，當斷奶仔豬日糧中添加殼聚糖（含β-（1-4）糖苷鍵的N-乙酰葡萄糖胺的六碳單元）和半乳甘露寡糖可提高細胞免疫反應、IL-1β的基因表達以及血清中IL-1β、IL-2和 IL-6的水平（Yin等，2010）。日糧中益生元對免疫系統具有有益作用的原因可能是益生元促使了小腸乳酸濃度的提高，但確切機理還不清楚（Naquid等，2015）。與之相反，有研究表明日糧中添加0.1%菊苣、甘露寡糖或0.02%殼聚糖對生長性能和血清IgA濃度無影響（Li等，2016）。有許多因素可以影響生長性能和豬日糧中添加益生元所引發的免疫反應，這或許可以解釋所取得的不一致的研究結果（Patterson，2005）。

4　直接飼喂微生物（DFM）的功效

研究表明，添加 0、5.0 × 104、6.7 × 106、7.5× 108 cfu/g球形雙歧桿菌A（乳酸生產DFM）在以玉米豆粕為基礎的斷奶仔豬日糧中，可提高平均日增重和平均日采食量，但對料肉比、免疫應答或腸道內容物的pH無影響（Apgar等，1993）。在豬生長-育肥階段采用同樣地飼喂方法，豬的生長性能和胴體性狀不受DFM添加的影響（Apgar等，1993）。利用乳糖產生DFM（乳酸雙歧桿菌NCC2818）補充至斷奶仔豬日糧中發現，與上皮緊密細胞連接相關蛋白質的上調并減少了腸黏膜組織中的IgA，這表明增加了腸道的屏障功能（Lewis等，2013）。此外，飼喂2種不同的日糧；一種日糧以卵蛋白為基礎，一種日糧以大豆蛋白為基礎，DFM補充與每種日糧對斷奶豬代謝和免疫的影響有相互作用，這表明最可能取決于DFM的影響（Bailey，2016；Merrifield等，2013）。

Kornegay等（1995）研究表明，含有啤酒酵母的酵母培養物可提高豬營養消化率的能力，補充酵母培養物可增加牛瘤胃里分解纖維素的細菌。然而，添加0%、8%或16%花生殼，可線性降低豬干物質、酸性洗滌纖維、中性洗滌纖維的表觀總腸道消化率，補充DFM并沒有改善降低消化率。Kornegay和 Risley（1996）給 60 kg的 豬 喂 養不含或含有包含枯草芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌的DFM，或者包含枯草芽孢桿菌，地衣芽孢桿菌和短小芽孢桿菌的DFM的玉米-大豆日糧發現，其干物質、酸性洗滌纖維、中性洗滌纖維的表觀總腸道消化率無明顯差異。

利用270頭斷奶-育成豬進行DFM劑量試驗結果表明平均日增重、料肉比和酮體質量隨著DFM劑量和補充DFM持續時間的增加而提高（Alexopoulos等，2004）。Lee等，（2014） 生產了一種在柑桔汁廢棄物上生長的枯草芽孢桿菌DFM，并向基于玉米-豆粕的保育豬日糧的階段 1和階段 2中加入 0、1.5、3.0 g/kg或 4.5 g/kg DFM發現，豬生長性能及營養和能量、血清免疫球蛋白、小腸內容物形態的表觀總腸道消化率線性增長，并且使用固體基質發酵生產枯草芽孢桿菌DFM的效果較好。

通過添加0.05%包含2種地衣芽孢桿菌菌株和1種枯草芽孢桿菌菌株的DFM改善平均日增重和料肉比及減少清洗糞肥的墊子所需的時間（Davis等，2008）。推測DFM能改善豬性能和清洗欄是因為其可通過酶分泌促進膳食纖維消化。因此進一步研究很有必要的，以確定基于芽孢桿菌的DFM對膳食纖維發酵的影響。用添加由枯草芽孢桿菌和丁酸梭菌組成的DFM的玉米-豆粕日糧喂養豬，氮和能量表觀總腸道消化率提高，豬平均日增重和料肉比也提高（Meng等，2010）。挑戰沙門氏菌的豬與沒挑戰的豬相比，平均日增重和料肉比減少，而細菌脫落數增加，但添加植物乳桿菌DFM并不影響其從挑戰中康復（Gebru等，2010）。斷奶仔豬喂養羅伊氏乳桿菌和植物乳桿菌DFM 28天與沒喂養的豬相比，整體平均日增重及蛋白和總能量表觀總腸道消化率提高。飼喂DFM的豬的結果與飼喂含有0.01%安普霉素的飼料的豬的結果相似，表明羅伊氏乳桿菌和植物乳桿菌DFM可減小斷奶仔豬日糧中抗生素的使用（Zhao和Kim，2015）。然而，DFM不能在預防或治療疾病方面替代抗生素，但似乎是用作生長促進劑的抗生素的可行替代品。

日糧中補充500 g/MT芽孢桿菌DFM，喂養保育豬其消化能增加100 kcal/kg，與沒有DFM的對照日糧相比，中性洗滌纖維的表觀總腸道消化率增加了9.2%（Owusu-Asiedu等，2014）。生長-育成豬喂養含有玉米、豆粕、DDGS、麥麩、玉米胚芽和大豆皮的高纖維日糧，補充芽孢桿菌DFM可增加糞便短鏈脂肪酸濃度，隨后獲得較多可用膳食能量，和不喂養DFM日糧相比，這與增加平均日增重、料肉比和更大的腰眼區域及無脂瘦肉百分比一致（Jaworski等，2014）。這些結果支持芽孢桿菌DFM和纖維降解假說。

總之，在豬日糧中添加DFM產生了有益的結果，乳酸生產菌DFM對仔豬斷奶后穩定胃腸道更有利，而芽孢桿菌DFM可能對增加生長育肥豬高纖維日糧中能量和營養物的消化率，及提高豬生長性能和胴體特性更有利。